JPS62151040A - 光出力安定化方式 - Google Patents
光出力安定化方式Info
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- JPS62151040A JPS62151040A JP60290721A JP29072185A JPS62151040A JP S62151040 A JPS62151040 A JP S62151040A JP 60290721 A JP60290721 A JP 60290721A JP 29072185 A JP29072185 A JP 29072185A JP S62151040 A JPS62151040 A JP S62151040A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は、半導体発光素子を用いた光送信器において、
光出力の安定化を行うための光出力安定化(以下これを
APC(Aukowatic Power Contr
ol)と呼ぶ)方式に関する。
光出力の安定化を行うための光出力安定化(以下これを
APC(Aukowatic Power Contr
ol)と呼ぶ)方式に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
光ファイバの低損失性、広帯域性の特質を活かした光伝
送システムは、広汎な分野で導入されつつある。しかし
、光伝送システムで用いられる半導体発光素子の特性は
、温度に対して敏感である。
送システムは、広汎な分野で導入されつつある。しかし
、光伝送システムで用いられる半導体発光素子の特性は
、温度に対して敏感である。
半導体受光素子の一形態であるレーザダイオードは、高
出力性、高速性の観点から長距離、大容量の情報伝送に
好適な素子であるが、レーザ発振閾値電流が温度に対し
て非常に敏感であり、レーザダイオードを駆動する直流
バイアス電流を制御することにより光出力を安定化する
必要があることは広く知られている。元ファイバの損失
が小さい、波長1.0〜1,6μmの所謂、長波長と呼
ばれる波長帯で用いられるレーザダイオードは、活性層
をInGaAsPとした物が用いられているが、材料固
有の性質として、吸収による損失の温度特性が大きいた
めに、上記レーザ発振閾値電流に加えて、外部微分量効
率の温度依存性が大きい。このようなレーザダイオード
の駆動電流と光出力の特性を第5図に例示する。温度が
T1の時のレーザ発振閾値電流11で表わされるが、温
度が上昇しh T2となるとレーザ発振閾値電流も上昇
しs I2となる。レーザ発振閾値以上の領域における
駆動電流対光出力の傾きを微分電気・光変換係数ζで表
わすと、温度TuCおいて微分電気・光変換係数ζlで
あった物は、温度が上昇し%T2となると微分電気・光
変換係数は低下し、ζ2となる。図に示すような温度特
性をもつ半導体発光素子を温度にかかわらず一定の直流
バイアス電流とパルス電流とを重畳して駆動した場合、
光出力は大きな温度依存性をもつことは明きらかである
。光出力を安定化するために光出力の一部をモニタし、
モニタ信号の平均値により半導体発光素子を駆動する直
流バイアス電流を制御する場合を考える。温度TIの時
、半導体発光素子は、第5図に示されるように、レーザ
発振閾値電流に等しい直流バイアス電流11と振幅Ip
のパルス電流とを重畳した電流で駆動されるとすると、
図中に示す光出力P1を出力する。温度がT1からT2
に変化すると、図中に斜線を施した光出力の平均値を一
定に保つために直流バイアス電流を上昇させるべく制御
系が動作する。制御された結果、温度T2においては、
半導体発光素子は、直流バイアス電流IB2と振幅工p
のパルス電流とを重畳した電流で駆動イ引 を出−hp
。冬出自ナス ?の賎光虫力p。
出力性、高速性の観点から長距離、大容量の情報伝送に
好適な素子であるが、レーザ発振閾値電流が温度に対し
て非常に敏感であり、レーザダイオードを駆動する直流
バイアス電流を制御することにより光出力を安定化する
必要があることは広く知られている。元ファイバの損失
が小さい、波長1.0〜1,6μmの所謂、長波長と呼
ばれる波長帯で用いられるレーザダイオードは、活性層
をInGaAsPとした物が用いられているが、材料固
有の性質として、吸収による損失の温度特性が大きいた
めに、上記レーザ発振閾値電流に加えて、外部微分量効
率の温度依存性が大きい。このようなレーザダイオード
の駆動電流と光出力の特性を第5図に例示する。温度が
T1の時のレーザ発振閾値電流11で表わされるが、温
度が上昇しh T2となるとレーザ発振閾値電流も上昇
しs I2となる。レーザ発振閾値以上の領域における
駆動電流対光出力の傾きを微分電気・光変換係数ζで表
わすと、温度TuCおいて微分電気・光変換係数ζlで
あった物は、温度が上昇し%T2となると微分電気・光
変換係数は低下し、ζ2となる。図に示すような温度特
性をもつ半導体発光素子を温度にかかわらず一定の直流
バイアス電流とパルス電流とを重畳して駆動した場合、
光出力は大きな温度依存性をもつことは明きらかである
。光出力を安定化するために光出力の一部をモニタし、
モニタ信号の平均値により半導体発光素子を駆動する直
流バイアス電流を制御する場合を考える。温度TIの時
、半導体発光素子は、第5図に示されるように、レーザ
発振閾値電流に等しい直流バイアス電流11と振幅Ip
のパルス電流とを重畳した電流で駆動されるとすると、
図中に示す光出力P1を出力する。温度がT1からT2
に変化すると、図中に斜線を施した光出力の平均値を一
定に保つために直流バイアス電流を上昇させるべく制御
系が動作する。制御された結果、温度T2においては、
半導体発光素子は、直流バイアス電流IB2と振幅工p
のパルス電流とを重畳した電流で駆動イ引 を出−hp
。冬出自ナス ?の賎光虫力p。
と光出力P2の平均値は等しい。半導体発光素子を駆動
するパルス電流分が温度にかかわらず一定であり、半導
体発光素子の微分電気・光変換係数が温度上昇と共に減
少するため、光出力のHighレベルとLowレベルと
の差(ビーク−ピーク値と呼ぶ)は温度上昇と共に減少
する。光出力のビーク−ピーク値が温度上昇と共に減少
するにもかかわらず、光出力の平均値を一定に保つため
には、光出力のLOWレベルを上昇させざるを得ない。
するパルス電流分が温度にかかわらず一定であり、半導
体発光素子の微分電気・光変換係数が温度上昇と共に減
少するため、光出力のHighレベルとLowレベルと
の差(ビーク−ピーク値と呼ぶ)は温度上昇と共に減少
する。光出力のビーク−ピーク値が温度上昇と共に減少
するにもかかわらず、光出力の平均値を一定に保つため
には、光出力のLOWレベルを上昇させざるを得ない。
したがって光出力の一部をモニタし、モニタ信号の平均
値により半導体発光素子を駆動する直流バイアス電流を
制御する光出力安定化方式においては、第5図に示すよ
うに、温度上昇と共に、光出力のLowレベルが上昇し
、光出力のビーク・ピーク値が減少する。光出力の信号
分はビーク・ピーク値であり、ビーク・ピーク値の減少
は信号分の減少を意味する。また光出力のLow Le
vel分は受光プロセスを経てシ目ット雑音を発生させ
るため、可能な限り小さな値になることが好ましい。光
出力のHighLevelとLow Levelとの化
は消光圧と呼ばれ、消光比を一定値以上に設定すること
が、光伝送システムでは要求される。このように、モニ
タ信号の平均値により半導体発光素子を駆動する直流バ
イアス電流を制御する光出力安定化方式には、温度変化
により、光出力のビーク・ピーク値が変動する。さらに
は消光比が劣化するといら問題点があった。
値により半導体発光素子を駆動する直流バイアス電流を
制御する光出力安定化方式においては、第5図に示すよ
うに、温度上昇と共に、光出力のLowレベルが上昇し
、光出力のビーク・ピーク値が減少する。光出力の信号
分はビーク・ピーク値であり、ビーク・ピーク値の減少
は信号分の減少を意味する。また光出力のLow Le
vel分は受光プロセスを経てシ目ット雑音を発生させ
るため、可能な限り小さな値になることが好ましい。光
出力のHighLevelとLow Levelとの化
は消光圧と呼ばれ、消光比を一定値以上に設定すること
が、光伝送システムでは要求される。このように、モニ
タ信号の平均値により半導体発光素子を駆動する直流バ
イアス電流を制御する光出力安定化方式には、温度変化
により、光出力のビーク・ピーク値が変動する。さらに
は消光比が劣化するといら問題点があった。
上記の問題点を解決するためには、半導体発光素子を駆
動する直流バイアス電流のみならず、パルス電流の振幅
を制御する必要がある。第6図は、光出力のHigh
LevelとLow Levelの双方を安定化するた
めに、半導体発光素子を駆動する直流バイアス電流どパ
ルス電流の振幅を共に制御する従来の方式の系統図であ
る。図中LDはレーザ・ダイオード、 PDは光出力モ
ニタ用フォトダイオード、AはPDの電気出力を増巾す
る回路、SHbは光出力がLowの時の増巾回路Aの出
力をサンプル・ホールドする回路、 SHpは光出力が
Highの時の増巾回路Aの出力をサンプルホールドす
る回路。
動する直流バイアス電流のみならず、パルス電流の振幅
を制御する必要がある。第6図は、光出力のHigh
LevelとLow Levelの双方を安定化するた
めに、半導体発光素子を駆動する直流バイアス電流どパ
ルス電流の振幅を共に制御する従来の方式の系統図であ
る。図中LDはレーザ・ダイオード、 PDは光出力モ
ニタ用フォトダイオード、AはPDの電気出力を増巾す
る回路、SHbは光出力がLowの時の増巾回路Aの出
力をサンプル・ホールドする回路、 SHpは光出力が
Highの時の増巾回路Aの出力をサンプルホールドす
る回路。
SPGはサンプルホールド回路SHbおよびSHpにサ
ンプリングパルスを供給するパルス発生回路、Rvb、
Rvpはそれぞれ基準電圧Mb、V、を発生する可変抵
抗器、 Abはサンプル・ホールド回路SHbの出力と
基準電圧vbとを比較増巾する比較増巾器、Apはサン
プルホールド回路SHpの出力と基準電圧vpとを比較
増巾する比較増巾器、 ccbは比較増巾器Abの出力
に比例した直流バイアス電流IbをレーザダイオードL
Dに供給する定電流回路、CCpは比較増巾器Apの出
力に比例した振幅のパルス電流Ipを高速スイッチング
回路y経由でレーザダイオードLDに供給する定電流回
路、歴は変調人力Sinを受けて定電流回路CCpより
供給される電流Ipをonloffl、てレーザダイオ
ードに供給する高速スイッチング回路である。この構成
によれば、光出力のHlgh Levelを検出するこ
とによりレーザダイオードを駆動するパルス電流の振幅
を制御し、光出力のLow Levelを検出すること
によりレーザダイオオードを駆動する直流バイアス電流
を制御するため第′5図に示した制御方法の場合のよう
な欠点は生じない。しかしながら、第6図に示した構成
は、構成ハードウェアの実現に困難さがあり、特に変調
速度が上昇した場合には系の実現が不可能に近い。すな
わち、第6図に示した構成において、サンプリングパル
スを供給するパルス発生回路SPGは第7図に示される
動作を行うことが要求される。第7図において、(a)
は変調人力Sinの波形、(b)は光出力がLow L
6761の時の出力をサンプルホールドする回路SHb
に与えられるサンプリングパルスの波形、(C)は光出
力がHighLevelの時の出力をサンプルホールド
する回路SHpに与えられるサンプリングパルスの波形
ヲ示す。第7図(d)は変調速度がやや高い場合の増巾
回路Aの出力を示し、モニタ用フォトダイオードPDお
よび増巾回路Aの周波数帯域が、変調速度に比して十分
には広くないことによる帯域制限の効果が現われている
。帯域制限の効果が無視し得ない場合、サンプルホール
ドされる光出力のHlghLeve l 、Low L
evelは先行する符号パターンノ影響を受ける。この
ため、High LevelおよびLowLevelの
正確なサンプル番ホールドができず、光出力の安定化が
不完全となる。また上記光出力安定化方式においては、
サンプルホールド回路への入力波形は光出力を忠実に反
映させる必要があり、モニタ用フォトダイオードPDの
静電容量Cと負荷抵抗Rで形成されるCR時定数による
高域遮断による波形歪みを回避するために負荷抵抗Rを
小さな値に設定する必要があり、このことはモニタ信号
のS/N比劣化を招き、やはり光出力の安定化が不完全
となる。更に上記光出力安定化方式においては第7図に
示したようにサンプリングパルスを光出力がHlgh
Levelの時点およびLOW LeveA!の時点に
合わせて正確に位相合わせする必要があるが、変調速度
が上昇すると、僅かな位相設定誤差も光出力のHigh
Level、Low Levelを正確にサンプリン
グしないことになる。これは位相設定の調整を困難とす
ることを意味すると同時に、環境温度、動作゛シ源電圧
の変動に対してサンプリングパルスとモニタ信号波形の
相互の位相の変化が無視しえる程小さなハードウェアが
要求されることを意味し、変調速度が数100Mbit
/ see以上になると、現状技術では実現不可能で
おる。
ンプリングパルスを供給するパルス発生回路、Rvb、
Rvpはそれぞれ基準電圧Mb、V、を発生する可変抵
抗器、 Abはサンプル・ホールド回路SHbの出力と
基準電圧vbとを比較増巾する比較増巾器、Apはサン
プルホールド回路SHpの出力と基準電圧vpとを比較
増巾する比較増巾器、 ccbは比較増巾器Abの出力
に比例した直流バイアス電流IbをレーザダイオードL
Dに供給する定電流回路、CCpは比較増巾器Apの出
力に比例した振幅のパルス電流Ipを高速スイッチング
回路y経由でレーザダイオードLDに供給する定電流回
路、歴は変調人力Sinを受けて定電流回路CCpより
供給される電流Ipをonloffl、てレーザダイオ
ードに供給する高速スイッチング回路である。この構成
によれば、光出力のHlgh Levelを検出するこ
とによりレーザダイオードを駆動するパルス電流の振幅
を制御し、光出力のLow Levelを検出すること
によりレーザダイオオードを駆動する直流バイアス電流
を制御するため第′5図に示した制御方法の場合のよう
な欠点は生じない。しかしながら、第6図に示した構成
は、構成ハードウェアの実現に困難さがあり、特に変調
速度が上昇した場合には系の実現が不可能に近い。すな
わち、第6図に示した構成において、サンプリングパル
スを供給するパルス発生回路SPGは第7図に示される
動作を行うことが要求される。第7図において、(a)
は変調人力Sinの波形、(b)は光出力がLow L
6761の時の出力をサンプルホールドする回路SHb
に与えられるサンプリングパルスの波形、(C)は光出
力がHighLevelの時の出力をサンプルホールド
する回路SHpに与えられるサンプリングパルスの波形
ヲ示す。第7図(d)は変調速度がやや高い場合の増巾
回路Aの出力を示し、モニタ用フォトダイオードPDお
よび増巾回路Aの周波数帯域が、変調速度に比して十分
には広くないことによる帯域制限の効果が現われている
。帯域制限の効果が無視し得ない場合、サンプルホール
ドされる光出力のHlghLeve l 、Low L
evelは先行する符号パターンノ影響を受ける。この
ため、High LevelおよびLowLevelの
正確なサンプル番ホールドができず、光出力の安定化が
不完全となる。また上記光出力安定化方式においては、
サンプルホールド回路への入力波形は光出力を忠実に反
映させる必要があり、モニタ用フォトダイオードPDの
静電容量Cと負荷抵抗Rで形成されるCR時定数による
高域遮断による波形歪みを回避するために負荷抵抗Rを
小さな値に設定する必要があり、このことはモニタ信号
のS/N比劣化を招き、やはり光出力の安定化が不完全
となる。更に上記光出力安定化方式においては第7図に
示したようにサンプリングパルスを光出力がHlgh
Levelの時点およびLOW LeveA!の時点に
合わせて正確に位相合わせする必要があるが、変調速度
が上昇すると、僅かな位相設定誤差も光出力のHigh
Level、Low Levelを正確にサンプリン
グしないことになる。これは位相設定の調整を困難とす
ることを意味すると同時に、環境温度、動作゛シ源電圧
の変動に対してサンプリングパルスとモニタ信号波形の
相互の位相の変化が無視しえる程小さなハードウェアが
要求されることを意味し、変調速度が数100Mbit
/ see以上になると、現状技術では実現不可能で
おる。
本発明は上記した従来技術の欠点を除去し、半導体発光
素子の温度特性を救済し、環境温度の変化に対して、変
調速度が上昇しても正確に光出力を安定化することを可
能とする光出力安定化方式を提供することを目的とする
。
素子の温度特性を救済し、環境温度の変化に対して、変
調速度が上昇しても正確に光出力を安定化することを可
能とする光出力安定化方式を提供することを目的とする
。
本発明は、半導体発光素子の光出力の一部をモニタする
半導体受光素子で光検出し、この光検出信号により光出
力を安定化する方式において、光検出信号に含まれる変
調信号に固有な周波数成分のレベルを第1の参照信号と
比較し、この比較結果により半導体発光素子を1駆動す
る変調信号成分の電流振幅を制御し、光検信号に含まれ
る低周波成分のレベルを第2の参照信号と比較し、この
比較結果により半導体発光素子を駆動する直流バイアス
電流を制御するものである。
半導体受光素子で光検出し、この光検出信号により光出
力を安定化する方式において、光検出信号に含まれる変
調信号に固有な周波数成分のレベルを第1の参照信号と
比較し、この比較結果により半導体発光素子を1駆動す
る変調信号成分の電流振幅を制御し、光検信号に含まれ
る低周波成分のレベルを第2の参照信号と比較し、この
比較結果により半導体発光素子を駆動する直流バイアス
電流を制御するものである。
本発明によれば、微分電気・光変換係数が温度依存性を
持つ半導体発光素子を用いても光出力の信号分の温度変
動を低減できる。%に従来技術では不可能であった、変
調速度が超高速になった場合にも光出力の安定化が可能
となる。まだ、光出力の信号分の検出を狭帯域で行うこ
とができるため、検出S/N比が良好であり正確な制御
が可能となる。本発明をPCM伝送に用いた場合、光出
力の平均値および消光比の安定化が可能となる。光出力
安定化の制御系が十分に機能するためには、一定のルー
プ利得が必要であるが、このためには半導体発光素子の
光出力をモニタする半導体受光素子として大口径の物を
用いたがモニタ効率が上がり、系を構成しやすい。しか
し、大口径の半導体受光素子は静電容量が大きく、CR
時定数による帯域制限のために、広帯域な受信が困難と
なる。
持つ半導体発光素子を用いても光出力の信号分の温度変
動を低減できる。%に従来技術では不可能であった、変
調速度が超高速になった場合にも光出力の安定化が可能
となる。まだ、光出力の信号分の検出を狭帯域で行うこ
とができるため、検出S/N比が良好であり正確な制御
が可能となる。本発明をPCM伝送に用いた場合、光出
力の平均値および消光比の安定化が可能となる。光出力
安定化の制御系が十分に機能するためには、一定のルー
プ利得が必要であるが、このためには半導体発光素子の
光出力をモニタする半導体受光素子として大口径の物を
用いたがモニタ効率が上がり、系を構成しやすい。しか
し、大口径の半導体受光素子は静電容量が大きく、CR
時定数による帯域制限のために、広帯域な受信が困難と
なる。
しかるに、本発明においては、光出力の信号分の検出を
狭帯域で行うことができるため、半導体受光素子に付随
する静電容量を同調等の手段により補償することが可能
であり、変調速度が高い場合にも、大口径の半導体受光
素子を用いることができ、ループ利得も大きくできる。
狭帯域で行うことができるため、半導体受光素子に付随
する静電容量を同調等の手段により補償することが可能
であり、変調速度が高い場合にも、大口径の半導体受光
素子を用いることができ、ループ利得も大きくできる。
以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。
第1図は本発明による光出力安定化方式を具現化する基
本構成の一例である。説明を簡潔にするため、図に於い
ては、パルス変調を行う場合を示しているが、構成を一
部変更することによりアナログ変調の場合にも適用でき
る。入力端子(1)に加えられるパルス信号は、パルス
駆動部(2)により適宜増巾され、半導体発光素子(3
)を駆動するパルス電流に変換される。半導体発光素子
(3)は上記パルス電流と、バイアス印加部(4)から
供給される直流バイアス電流とを重畳した電流で駆動さ
れる。半導体発光素子(3)からの出力光は、光ファイ
バ等により外部に取り出されると共に、一部の光が半導
体受光素子(5)を照射する。半導体発光素子(3)か
らの出力光の一部は、半導体受光素子(5)により光検
出され、光検出された信号は、必要に応じて設けられる
増幅器(6)で増幅される。増幅器(6)の出力は2分
され、一方は第一の帯域戸波器(以下BPFmと呼ぶ)
(7)へ入力されろ。BPFm(7)の中心周波数は変
調入力信号に含まれる固有の周波数にほぼ一致して設定
される。入力パルス信号がReturr t。
本構成の一例である。説明を簡潔にするため、図に於い
ては、パルス変調を行う場合を示しているが、構成を一
部変更することによりアナログ変調の場合にも適用でき
る。入力端子(1)に加えられるパルス信号は、パルス
駆動部(2)により適宜増巾され、半導体発光素子(3
)を駆動するパルス電流に変換される。半導体発光素子
(3)は上記パルス電流と、バイアス印加部(4)から
供給される直流バイアス電流とを重畳した電流で駆動さ
れる。半導体発光素子(3)からの出力光は、光ファイ
バ等により外部に取り出されると共に、一部の光が半導
体受光素子(5)を照射する。半導体発光素子(3)か
らの出力光の一部は、半導体受光素子(5)により光検
出され、光検出された信号は、必要に応じて設けられる
増幅器(6)で増幅される。増幅器(6)の出力は2分
され、一方は第一の帯域戸波器(以下BPFmと呼ぶ)
(7)へ入力されろ。BPFm(7)の中心周波数は変
調入力信号に含まれる固有の周波数にほぼ一致して設定
される。入力パルス信号がReturr t。
Zoro PGM符号の場合を例にとると、上記、固有
の周波数はクロック周波数である。BPFm(7)の出
力は第一のレベル検出器(8)に入力され、半導体発光
素子(3)の出力光に含まれる上記固有周波数成分の振
幅を検出する。第一のレベル検出器(181の出力は、
第一の比較器(9)により、第一の参照信号(1〔と比
較され、第一のレベル検出器(8)の出力が第一の参照
信号部に比し小さい場合にはパルス駆動部(2)からの
出力パルス電流振幅が増大するように制御し、第一のレ
ベル検出器(8)の出方が第一の参照信号Qt)に比し
大きい場合にはパルス駆動部(2)からの出力パルス電
流振幅が減少するように制御する。、第一の参照信号(
11は、変調信号に含まれる固有の周波数成分の振幅が
、パルス駆動部(2)からの出力パルス電流振幅を制御
する負帰還ループの応答時間内で、一定と見做せる場合
には、一定の直流電圧とすれば良い。そうでない場合V
こは、第1図に示されるように、入力端子(17Vc加
えられる信号を分岐し、第二の帯域戸波器(以下BPF
rと呼ぶ)αυにより入力信号に含まれる固有の周波数
成分を抽出し、第二のレベル検出器α2により、固有の
周波数成分の振幅を検出し、必要に応じて設けられる減
衰器q9により振幅を調整した結果を第一の参照信号Q
lとする。BPFrの中心周波数はBPFmの中心周波
数とほぼ一致させる。2分された増幅器aeの出方の他
の一方は、第一の低域戸波器(以下LPFmと呼ぶ)0
滲へ入力され、光出力の低周波成分を抽出する。
の周波数はクロック周波数である。BPFm(7)の出
力は第一のレベル検出器(8)に入力され、半導体発光
素子(3)の出力光に含まれる上記固有周波数成分の振
幅を検出する。第一のレベル検出器(181の出力は、
第一の比較器(9)により、第一の参照信号(1〔と比
較され、第一のレベル検出器(8)の出力が第一の参照
信号部に比し小さい場合にはパルス駆動部(2)からの
出力パルス電流振幅が増大するように制御し、第一のレ
ベル検出器(8)の出方が第一の参照信号Qt)に比し
大きい場合にはパルス駆動部(2)からの出力パルス電
流振幅が減少するように制御する。、第一の参照信号(
11は、変調信号に含まれる固有の周波数成分の振幅が
、パルス駆動部(2)からの出力パルス電流振幅を制御
する負帰還ループの応答時間内で、一定と見做せる場合
には、一定の直流電圧とすれば良い。そうでない場合V
こは、第1図に示されるように、入力端子(17Vc加
えられる信号を分岐し、第二の帯域戸波器(以下BPF
rと呼ぶ)αυにより入力信号に含まれる固有の周波数
成分を抽出し、第二のレベル検出器α2により、固有の
周波数成分の振幅を検出し、必要に応じて設けられる減
衰器q9により振幅を調整した結果を第一の参照信号Q
lとする。BPFrの中心周波数はBPFmの中心周波
数とほぼ一致させる。2分された増幅器aeの出方の他
の一方は、第一の低域戸波器(以下LPFmと呼ぶ)0
滲へ入力され、光出力の低周波成分を抽出する。
LPFm (14)の出力は、第二の比較器a5により
、第二の参照信号αeと比較され、TJ’Fma4の出
力が第二の参照信号(1[9に比し小ざい場合にはバイ
アス印加部(4)からの出力である直流バイアス電流が
増大するように制御し、 LPFm (141の出力が
第二の参照信号α0に比し大きい場合にはバイアス印加
部(4)からの出力である直流バイアス電流が減少する
ように制御する。第二の参照信号αeは、変調信号の平
均値が一定である場合には、一定の直流電圧とすれば良
い。
、第二の参照信号αeと比較され、TJ’Fma4の出
力が第二の参照信号(1[9に比し小ざい場合にはバイ
アス印加部(4)からの出力である直流バイアス電流が
増大するように制御し、 LPFm (141の出力が
第二の参照信号α0に比し大きい場合にはバイアス印加
部(4)からの出力である直流バイアス電流が減少する
ように制御する。第二の参照信号αeは、変調信号の平
均値が一定である場合には、一定の直流電圧とすれば良
い。
そうでない場合には、第1図に示されるように、入力端
子(1)に加えられる信号を分岐し、第二の低域戸波器
(LPFr ) (171により入力信号に含まれる低
周波成分を抽出し、必要に応じて設けられる減衰器(壇
により振幅を調整した結果を第二の参照信号116)と
する。パルス駆動部(2)からの出力パルス電流の羞振
幅を制御するループにおける第一の参照信号([0ある
いは、バイアス印加部(4)からの出力である直流バイ
アス電流を制御するループにおける第二の参照信号Oe
を一定の直流電位にするか、入力信号を処理した信号に
するかは、入力信号の性質、求める特性等により相合的
に判断し設定すればよい。
子(1)に加えられる信号を分岐し、第二の低域戸波器
(LPFr ) (171により入力信号に含まれる低
周波成分を抽出し、必要に応じて設けられる減衰器(壇
により振幅を調整した結果を第二の参照信号116)と
する。パルス駆動部(2)からの出力パルス電流の羞振
幅を制御するループにおける第一の参照信号([0ある
いは、バイアス印加部(4)からの出力である直流バイ
アス電流を制御するループにおける第二の参照信号Oe
を一定の直流電位にするか、入力信号を処理した信号に
するかは、入力信号の性質、求める特性等により相合的
に判断し設定すればよい。
ここで、変調信号に固有な周波数成分について説明を加
えておく。変調信号の例としてベースバンド2値PCM
信号を考える。2値PCM信号は、原信号を符号化し、
定まった繰り返しの時点ごとに”l’か0”かの信号に
より情報を伝送するものである。定まりた繰り返し時点
ごとに、信号の遷移があり得るために、 PCM信号の
スペクトルには、定まった繰り返し時間に対応した線ス
ペクトルが存在する。”1#、“Onの符号系列をラン
ダムとし、パルス形式をReturr to Zero
とした場合のスペクトルを第2図に示す。図から明きら
かなように、定まった繰り返し時間の逆数であるクロッ
ク周波数の所に線スペクトルが存在する。ベースバンド
2値PCM信号の場合を例に挙げて変調信号に固有な周
波数成分の存在を説明したが、 PCM信号は一般に固
有な周波数成分をもつ。さらに他の信号形式においても
固有な周波数成分をもつ場合が多い。
えておく。変調信号の例としてベースバンド2値PCM
信号を考える。2値PCM信号は、原信号を符号化し、
定まった繰り返しの時点ごとに”l’か0”かの信号に
より情報を伝送するものである。定まりた繰り返し時点
ごとに、信号の遷移があり得るために、 PCM信号の
スペクトルには、定まった繰り返し時間に対応した線ス
ペクトルが存在する。”1#、“Onの符号系列をラン
ダムとし、パルス形式をReturr to Zero
とした場合のスペクトルを第2図に示す。図から明きら
かなように、定まった繰り返し時間の逆数であるクロッ
ク周波数の所に線スペクトルが存在する。ベースバンド
2値PCM信号の場合を例に挙げて変調信号に固有な周
波数成分の存在を説明したが、 PCM信号は一般に固
有な周波数成分をもつ。さらに他の信号形式においても
固有な周波数成分をもつ場合が多い。
固有の周波数成分を抽出するための帯域p波器帯域幅は
、固有の周波数成分の安定度と、帯域戸器自体の安定度
、そして光出力安定化の制御ループに要求される応答速
度を勘案して設計される。
、固有の周波数成分の安定度と、帯域戸器自体の安定度
、そして光出力安定化の制御ループに要求される応答速
度を勘案して設計される。
これらの点から定まる帯域は十分に狭帯域に設定できる
ため、抽出された変調信号に固有な周波数成分のS/N
比は十分に高く保持できる。このため制御が確実に行わ
れる。用いる帯域ろ波器としてIハ、弾性表面波フィル
タ、セラミックフィルタ。
ため、抽出された変調信号に固有な周波数成分のS/N
比は十分に高く保持できる。このため制御が確実に行わ
れる。用いる帯域ろ波器としてIハ、弾性表面波フィル
タ、セラミックフィルタ。
LCフィルタ、アクティブフィルタ等積々考えらへ要求
性能、周波数帯、価格の点から具体的な物が選択される
。
性能、周波数帯、価格の点から具体的な物が選択される
。
変調信号に固有の周波数成分を抽出するためには、第1
図を用いた原理的な形態を変形し、ミキサを用いた形態
でも実現できる。特にGHz以上に周波数が高くなると
、特性が良好な帯域p波器の実現が困難となるが、この
場合には、ミキサを用いると問題が解決する。第3図に
ミキサを用いた場合の帯域戸波方法を示す。第1図にお
ける入力端子(1)に加えられる変調信号、もしくは同
図の半導体受光素子(5)により光検出された信号が、
第3図の入力端子Gυに加えられる。今、変調信号に固
有な周波数をfQとする。入力端子131)に加えられ
た信号はミキ?C32に入力される。この時、必要に応
じて、中心周波数fOのブリフィルム(至)を介してミ
キサ国を介してミキサ■に入力してもよい。ミキサL3
2には同時に局部発振器(財)から周波数f1の信号が
加えられる。ミ牛すGつにより、ミキシングが行われ、
周波数fo+f111 fo ft lの2つのビー
ト信号が発生する。2つのビート信号のうち一方は帯域
戸波器(ト)により抽出される。帯域p波器(至)の中
心周波数はfo+f1またはIff−filに設定され
る。ミ中サ(32と帯域p波器G9の間には必要に応じ
て増幅器(■を設ける。
図を用いた原理的な形態を変形し、ミキサを用いた形態
でも実現できる。特にGHz以上に周波数が高くなると
、特性が良好な帯域p波器の実現が困難となるが、この
場合には、ミキサを用いると問題が解決する。第3図に
ミキサを用いた場合の帯域戸波方法を示す。第1図にお
ける入力端子(1)に加えられる変調信号、もしくは同
図の半導体受光素子(5)により光検出された信号が、
第3図の入力端子Gυに加えられる。今、変調信号に固
有な周波数をfQとする。入力端子131)に加えられ
た信号はミキ?C32に入力される。この時、必要に応
じて、中心周波数fOのブリフィルム(至)を介してミ
キサ国を介してミキサ■に入力してもよい。ミキサL3
2には同時に局部発振器(財)から周波数f1の信号が
加えられる。ミ牛すGつにより、ミキシングが行われ、
周波数fo+f111 fo ft lの2つのビー
ト信号が発生する。2つのビート信号のうち一方は帯域
戸波器(ト)により抽出される。帯域p波器(至)の中
心周波数はfo+f1またはIff−filに設定され
る。ミ中サ(32と帯域p波器G9の間には必要に応じ
て増幅器(■を設ける。
本発明によれば、光出力の信号分を、変調信号に固有な
周波数成分の振幅により検出している。
周波数成分の振幅により検出している。
したがって光出力の信号分の検出を狭帯域で行うことが
できるため、半導体受光素子に付随する静電容量を補償
することができる。第4図(a)は半導体受光素子に付
随する静電容量を補償するための半導体受光素子まわり
の回路構成例である。半導体受光素子(5)は抵抗R(
41) 、インダクタL[4Zを介して電圧源によって
逆バイアスされる。半導体受光素子(5)と抵抗R4υ
との接続点には、必要に応じてデカップリング用コンデ
ンサCo(43が接続される。
できるため、半導体受光素子に付随する静電容量を補償
することができる。第4図(a)は半導体受光素子に付
随する静電容量を補償するための半導体受光素子まわり
の回路構成例である。半導体受光素子(5)は抵抗R(
41) 、インダクタL[4Zを介して電圧源によって
逆バイアスされる。半導体受光素子(5)と抵抗R4υ
との接続点には、必要に応じてデカップリング用コンデ
ンサCo(43が接続される。
光検出信号の低周波成分は端子(44!から出力され、
変調信号に固有な周波数成分は端子(4!itから出力
される。この回路の交流等価回路は第4図(b)に示さ
れる。図中、破線で囲んだ部分は半導体受光素子の等何
回路を表わし、光検出電流を出力する電流源(4Glと
半導体受光素子の静電容量Cd14ηとの並列回路から
成る。第4図(c)は低周波数領域における等何回路を
示す。インダクタL (4?Jは周波数が低いため短絡
と見做せる。この回路は低域P波特性を値し、高域遮断
周波数は1/(2π(Cd+Co)・R)で与えられる
。デカップリング用コンデスサCo(43及び抵抗R(
41)は系の動作に支障が無い範囲で大きい値に設定さ
れる。第4図(d)は高周波領域における等何回路を示
す。デカップリング用コンデンサCo(43は周波数が
高いため短絡と見做せる。この回路は周波数1/(2π
シロ1)で共振する特性を示すが、この共振周波数を変
調信号に固有な周波数にほぼ一致させておく。インダク
タL (43が無い場合には、周波数が高くなると、電
流源(4fjIから出力される光検出信号電流は、半導
体受光素子が持つ静電容量Cd (47!に流れてしま
い、半導体受光素子の外部に出力される電流は減少する
。インダクタL (421を付けることにより、共振周
波数近傍で、静電容量Cd (47!の効果が補償され
、有効に光検出信号電流を半導体受光素子の外部に堰り
出すことができる。
変調信号に固有な周波数成分は端子(4!itから出力
される。この回路の交流等価回路は第4図(b)に示さ
れる。図中、破線で囲んだ部分は半導体受光素子の等何
回路を表わし、光検出電流を出力する電流源(4Glと
半導体受光素子の静電容量Cd14ηとの並列回路から
成る。第4図(c)は低周波数領域における等何回路を
示す。インダクタL (4?Jは周波数が低いため短絡
と見做せる。この回路は低域P波特性を値し、高域遮断
周波数は1/(2π(Cd+Co)・R)で与えられる
。デカップリング用コンデスサCo(43及び抵抗R(
41)は系の動作に支障が無い範囲で大きい値に設定さ
れる。第4図(d)は高周波領域における等何回路を示
す。デカップリング用コンデンサCo(43は周波数が
高いため短絡と見做せる。この回路は周波数1/(2π
シロ1)で共振する特性を示すが、この共振周波数を変
調信号に固有な周波数にほぼ一致させておく。インダク
タL (43が無い場合には、周波数が高くなると、電
流源(4fjIから出力される光検出信号電流は、半導
体受光素子が持つ静電容量Cd (47!に流れてしま
い、半導体受光素子の外部に出力される電流は減少する
。インダクタL (421を付けることにより、共振周
波数近傍で、静電容量Cd (47!の効果が補償され
、有効に光検出信号電流を半導体受光素子の外部に堰り
出すことができる。
半導体受光素子の静電容量の補償法の一例を示したが、
他の方法でも補償は可能である。補償が可能である理由
は、光出力の信号分を特定の1つの周波数成分のみに着
目しているためであり、波形を忠実に再生する場合に必
要な広帯域性が不要な点にある。以上の理由により、本
発明によれば半導体発光素子の出力光をモニタする半導
体受出素子として静電容量の大きな物、すなわち大口径
の物を用いることができるため、ループ利得を大きく設
定できる。
他の方法でも補償は可能である。補償が可能である理由
は、光出力の信号分を特定の1つの周波数成分のみに着
目しているためであり、波形を忠実に再生する場合に必
要な広帯域性が不要な点にある。以上の理由により、本
発明によれば半導体発光素子の出力光をモニタする半導
体受出素子として静電容量の大きな物、すなわち大口径
の物を用いることができるため、ループ利得を大きく設
定できる。
以上、述べたように、本発明の基本は、半導体発光素子
の光出力を安定化するために、光検出信号に含まれる変
調信号に固有な周波数成分のレベルをモニタし、半導体
発光素子を駆動する信号成分の電流振幅を制御すること
によって、半導体発光素子を駆動する直流バイアス電流
制御と併せて正確な光安定化を行う点にあり、各構形部
分の実現方法は、上記基本的者え方を逸脱しない範囲で
多様な形態がありうることは言うまでもない。
の光出力を安定化するために、光検出信号に含まれる変
調信号に固有な周波数成分のレベルをモニタし、半導体
発光素子を駆動する信号成分の電流振幅を制御すること
によって、半導体発光素子を駆動する直流バイアス電流
制御と併せて正確な光安定化を行う点にあり、各構形部
分の実現方法は、上記基本的者え方を逸脱しない範囲で
多様な形態がありうることは言うまでもない。
第1図は本発明の基本構成の一例を示すための図、第2
図はベースバンド2値PCM信号の周波数スペクトルを
示す図%第3図はミキサを用いた場合の帯域ろ彼方法を
示す図、第4図は半導体受光素子の静電容量を補償する
回路構成例、第5図はレーザダイオードの温度特性及び
従来の光出力安定化の動作を説明するための図、第6図
は従来例の構成図、第7図は従来における各部波形を示
す図である。 l・・・入力端子、 2・・・パルス駆動部、3・・・
半導体発光素子、 4・・・バイアス印加部、5・・
・半導体受光素子、 6・・・増幅器。 7.11.14,17・・・帯域p波器、8.−12・
・・レベル検出器、9.15・・・比較器、10.16
・・・参照信号、i3.18・・・減衰器。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同 竹 花 喜久男 f7 第1図 周友敷 第3図 第5図 第6図 第7図
図はベースバンド2値PCM信号の周波数スペクトルを
示す図%第3図はミキサを用いた場合の帯域ろ彼方法を
示す図、第4図は半導体受光素子の静電容量を補償する
回路構成例、第5図はレーザダイオードの温度特性及び
従来の光出力安定化の動作を説明するための図、第6図
は従来例の構成図、第7図は従来における各部波形を示
す図である。 l・・・入力端子、 2・・・パルス駆動部、3・・・
半導体発光素子、 4・・・バイアス印加部、5・・
・半導体受光素子、 6・・・増幅器。 7.11.14,17・・・帯域p波器、8.−12・
・・レベル検出器、9.15・・・比較器、10.16
・・・参照信号、i3.18・・・減衰器。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同 竹 花 喜久男 f7 第1図 周友敷 第3図 第5図 第6図 第7図
Claims (9)
- (1)半導体発光素子と、該半導体発光素子の光出力の
一部をモニタし、必要に応じて周波数補償された半導体
受光素子と、半導体受光素子の光検出信号から半導体発
光素子を駆動する変調信号に固有の周波数成分を抽出す
る手段(帯域ろ波手段)と、抽出された固有の周波数成
分の振幅を検出する手段(レベル検出手段)と、抽出さ
れた固有の周波数成分の振幅と第一の参照信号とを比較
する第一の比較器と、該比較器の出力により半導体発光
素子を駆動する変調電流の振幅が負帰還制御される駆動
部と、半導体発光素子の光検出信号から低周波成分を抽
出する手段と、抽出された低周波数成分の振幅と第二の
参照信号とを比較する第二の比較器と、該比較器の出力
により半導体発光素子を駆動する直流バイアス電流が負
帰還制御されるバイアス印加部を有することを特徴とす
る光出力安定化方式。 - (2)変調信号はPCM信号であることを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載の光出力安定化方式。 - (3)変調信号に固有の周波数成分を抽出する手段は帯
域ろ波器であることを特徴とする特許請求の範囲第1項
記載の光出力安定化方式。 - (4)変調信号に固有の周波数成分を抽出する手段は、
ミキサと局部発振器と帯域ろ波器を具備することを特徴
とする特許請求の範囲第1項記載の光出力安定化方式。 - (5)第一の参照信号は一定の直流電圧であることを特
徴とする特許請求の範囲第1項記載の光出力安定化方式
。 - (6)第二の参照信号は一定の直流電圧であることを特
徴とする特許請求の範囲第1項記載の光出力安定化方式
。 - (7)第一の参照信号は、半導体発光素子を駆動する変
調信号を第二の帯域ろ波手段および第二のレベル検出手
段を介して得た信号に比例した信号であることを特徴と
する特許請求の範囲第1項記載の光出力安定化方式。 - (8)光出力をモニタする半導体受光素子は、該半導体
受光素子に直列に接続されたインダクタにより周波数補
償されていることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
載の光出力安定化方式。 - (9)半導体発光素子を駆動する変調電流の振幅を負帰
還制御する応答速度と、半導体発光素子を駆動する直流
バイアス電流を負帰還制御する応答速度が異なることを
特徴とする特許請求の範囲第1項記載の光出力安定化方
式。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60290721A JPS62151040A (ja) | 1985-12-25 | 1985-12-25 | 光出力安定化方式 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60290721A JPS62151040A (ja) | 1985-12-25 | 1985-12-25 | 光出力安定化方式 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62151040A true JPS62151040A (ja) | 1987-07-06 |
Family
ID=17759664
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60290721A Pending JPS62151040A (ja) | 1985-12-25 | 1985-12-25 | 光出力安定化方式 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62151040A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5073983A (en) * | 1990-03-05 | 1991-12-17 | Motorola, Inc. | Optical communication system with reduced distortion |
US5091797A (en) * | 1989-11-13 | 1992-02-25 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and apparatus for modulation current regulation for laser diodes |
US5513029A (en) * | 1994-06-16 | 1996-04-30 | Northern Telecom Limited | Method and apparatus for monitoring performance of optical transmission systems |
-
1985
- 1985-12-25 JP JP60290721A patent/JPS62151040A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5091797A (en) * | 1989-11-13 | 1992-02-25 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and apparatus for modulation current regulation for laser diodes |
US5073983A (en) * | 1990-03-05 | 1991-12-17 | Motorola, Inc. | Optical communication system with reduced distortion |
US5513029A (en) * | 1994-06-16 | 1996-04-30 | Northern Telecom Limited | Method and apparatus for monitoring performance of optical transmission systems |
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